《C++进阶--10.多态》

10. 多态

10.1 多态的基本概念

10.2 多态案例一-计算器类

10.3 纯虚函数和抽象类

10.4 多态案例二-制作饮品

10.5 虚析构和纯虚析构

10.6 多态案例三-电脑组装

10. 多态

10.1 多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分为两类

静态多态: 函数重载和运算符重载属于静态多态，复用函数名

动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别：

静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址

动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

示例：

class Animal
{
public://Speak函数就是虚函数//函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。virtual void speak(){cout << "动物在说话" << endl;}
};

class Cat :public Animal
{
public:void speak(){cout << "小猫在说话" << endl;}
};

class Dog :public Animal
{
public:
void speak(){cout << "小狗在说话" << endl;}

};
//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编

void DoSpeak(Animal & animal)
{animal.speak();
}
//
//多态满足条件： 
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//多态使用：
//父类指针或引用指向子类对象

void test01()
{Cat cat;DoSpeak(cat);

Dog dog;DoSpeak(dog);
}


int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

总结：

多态满足条件

有继承关系

子类重写父类中的虚函数

多态使用条件

父类指针或引用指向子类对象

重写：函数返回值类型函数名参数列表完全一致称为重写

10.2 多态案例一-计算器类

案例描述：

分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类

多态的优点：

代码组织结构清晰

可读性强

利于前期和后期的扩展以及维护

示例：

//普通实现
class Calculator {
public:int getResult(string oper){if (oper == "+") {return m_Num1 + m_Num2;}else if (oper == "-") {return m_Num1 - m_Num2;}else if (oper == "*") {return m_Num1 * m_Num2;}//如果要提供新的运算，需要修改源码}
public:int m_Num1;int m_Num2;
};

void test01()
{//普通实现测试Calculator c;c.m_Num1 = 10;c.m_Num2 = 10;cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;
cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;
cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
}



//多态实现
//抽象计算器类
//多态优点：代码组织结构清晰，可读性强，利于前期和后期的扩展以及维护
class AbstractCalculator
{
public :
virtual int getResult(){return 0;}
int m_Num1;int m_Num2;
};

//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 + m_Num2;}
};

//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 - m_Num2;}
};

//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 * m_Num2;}
};


void test02()
{//创建加法计算器AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;abc->m_Num1 = 10;abc->m_Num2 = 10;cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;delete abc;  //用完了记得销毁
//创建减法计算器abc = new SubCalculator;abc->m_Num1 = 10;abc->m_Num2 = 10;cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;delete abc;  
//创建乘法计算器abc = new MulCalculator;abc->m_Num1 = 10;abc->m_Num2 = 10;cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;delete abc;
}

int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}

总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

10.3 纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容

因此可以将虚函数改为纯虚函数

纯虚函数语法：virtual 返回值类型函数名（参数列表）= 0 ;

当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类

抽象类特点：

无法实例化对象

子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

示例：

class Base
{
public://纯虚函数//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类//抽象类无法实例化对象//子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类virtual void func() = 0;
};

class Son :public Base
{
public:virtual void func() {cout << "func调用" << endl;};
};

void test01()
{Base * base = NULL;//base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象base = new Son;base->func();delete base;//记得销毁
}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

10.4 多态案例二-制作饮品

案例描述：

制作饮品的大致流程为：煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料

利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶

示例：

//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public://烧水virtual void Boil() = 0;//冲泡virtual void Brew() = 0;//倒入杯中virtual void PourInCup() = 0;//加入辅料virtual void PutSomething() = 0;//规定流程void MakeDrink() {Boil();Brew();PourInCup();PutSomething();}
};

//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public://烧水virtual void Boil() {cout << "煮农夫山泉!" << endl;}//冲泡virtual void Brew() {cout << "冲泡咖啡!" << endl;}//倒入杯中virtual void PourInCup() {cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;}//加入辅料virtual void PutSomething() {cout << "加入牛奶!" << endl;}
};

//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public://烧水virtual void Boil() {cout << "煮自来水!" << endl;}//冲泡virtual void Brew() {cout << "冲泡茶叶!" << endl;}//倒入杯中virtual void PourInCup() {cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;}//加入辅料virtual void PutSomething() {cout << "加入枸杞!" << endl;}
};

//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {drink->MakeDrink();delete drink;
}

void test01() {DoWork(new Coffee);cout << "--------------" << endl;DoWork(new Tea);
}


int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

10.5 虚析构和纯虚析构

多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码

解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构

虚析构和纯虚析构共性：

可以解决父类指针释放子类对象

都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别：

如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构语法：

virtual ~类名(){}

纯虚析构语法：

virtual ~类名() = 0;

类名::~类名(){}

示例：

class Animal {
public:
Animal(){cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;}virtual void Speak() = 0;
//析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数//virtual ~Animal()//{//  cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;//}

virtual ~Animal() = 0;
};

Animal::~Animal()
{cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}

//和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。

class Cat : public Animal {
public:Cat(string name){cout << "Cat构造函数调用！" << endl;m_Name = new string(name);}virtual void Speak(){cout << *m_Name <<  "小猫在说话!" << endl;}~Cat(){cout << "Cat析构函数调用!" << endl;if (this->m_Name != NULL) {delete m_Name;m_Name = NULL;}}

public:string *m_Name;
};

void test01()
{Animal *animal = new Cat("Tom");animal->Speak();
//通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏//怎么解决？给基类增加一个虚析构函数//虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象delete animal;
}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

总结：

1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象

2. 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构

3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

10.6 多态案例三-电脑组装

案例描述：

电脑主要组成部件为 CPU（用于计算），显卡（用于显示），内存条（用于存储）

将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如Intel厂商和Lenovo厂商

创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个零件工作的接口

测试时组装三台不同的电脑进行工作

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

//抽象CPU类
class CPU
{
public://抽象的计算函数virtual void calculate() = 0;
};

//抽象显卡类
class VideoCard
{
public://抽象的显示函数virtual void display() = 0;
};

//抽象内存条类
class Memory
{
public://抽象的存储函数virtual void storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer
{
public:Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem){m_cpu = cpu;m_vc = vc;m_mem = mem;}
//提供工作的函数void work(){//让零件工作起来，调用接口m_cpu->calculate();
m_vc->display();
m_mem->storage();}
//提供析构函数 释放3个电脑零件~Computer(){
//释放CPU零件if (m_cpu != NULL){delete m_cpu;m_cpu = NULL;}
//释放显卡零件if (m_vc != NULL){delete m_vc;m_vc = NULL;}
//释放内存条零件if (m_mem != NULL){delete m_mem;m_mem = NULL;}}

private:
CPU * m_cpu; //CPU的零件指针VideoCard * m_vc; //显卡零件指针Memory * m_mem; //内存条零件指针
};

//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:virtual void calculate(){cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;}
};

class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:virtual void display(){cout << "Intel的显卡开始显示了！" << endl;}
};

class IntelMemory :public Memory
{
public:virtual void storage(){cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;}
};

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:virtual void calculate(){cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;}
};

class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:virtual void display(){cout << "Lenovo的显卡开始显示了！" << endl;}
};

class LenovoMemory :public Memory
{
public:virtual void storage(){cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;}
};


void test01()
{//第一台电脑零件CPU * intelCpu = new IntelCPU;VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;Memory * intelMem = new IntelMemory;
cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;//创建第一台电脑Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);computer1->work();delete computer1;
cout << "-----------------------" << endl;cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;//第二台电脑组装Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;computer2->work();delete computer2;
cout << "-----------------------" << endl;cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;//第三台电脑组装Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;computer3->work();delete computer3;

}